TW202334612A - 特徵化樣本的第一薄膜層的系統、方法及非暫時性電腦可讀介質 - Google Patents

特徵化樣本的第一薄膜層的系統、方法及非暫時性電腦可讀介質 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種特徵化測量箱內的薄膜層的系統。該系統獲得與第一X射線束相對應的第一混合分數，該混合分數表示晶片樣本的測量箱內部的第一X射線束的分數，該測量箱表示一孔結構，該孔結構設置在基板的上方並且具有設置在該孔結構內部的薄膜層。該系統獲得與第一X射線束相對應的測量箱的貢獻值，該貢獻值表示對測量箱內部的相同種類訊號有貢獻的測量箱外部的種類訊號。該系統使用第一X射線束獲得與測量箱的測量值相對應的第一測量檢測訊號。該系統基於第一測量檢測訊號、貢獻值和第一混合分數來確定薄膜層的測量值。

Description

特徵化樣本的第一薄膜層的系統、方法及非暫時性電腦可讀介質
本發明整體上關於用於特徵化和測量半導體結構的技術，並且更具體地，關於使用X射線光電子能譜（XPS）藉由多次測量來特徵化和測量小箱中的材料層的技術。
積體電路（IC）通常包括在矽基板上形成的多個層。隨著積體電路變得更小，並且包括積體電路的層的厚度減小，由這些層形成的裝置的性能通常取決於特定層的厚度。例如，根據電晶體柵極的厚度，形成在矽基板上的電晶體可以具有不同的特性。
藉由沉積技術將積體電路上的層沉積在基板上，其中，在層上蝕刻圖案，以形成各種IC部件。這種圖案包括溝槽或填料（箱（box））。當溝槽或箱塗覆有額外的材料層並且溝槽和箱很小時，檢查合適的層厚度和驗證沉積在溝槽和箱內的塗層材料會變得很困難。因此，確定小箱區域內的薄膜層厚度可能是有用的。
可使用幾種技術中的一種來確定沉積在基板上的薄膜層的厚度。一種技術是X射線光電子能譜（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）。對於XPS，藉由用X射線束照射基板，同時測量動能和從基板頂層逸出的電子數，獲得XPS光譜。
1.要解決的問題
由於IC部件製造得越來越小，用於XPS方法的X射線束可能不適合箱區域。當使用光束尺寸大於箱區域的X射線束時，X射線束照射箱內的區域和箱周圍的區域，使得收集的XPS訊號從箱內和箱周圍的材料發出。因此，很難確定XPS訊號的哪一部分對應於僅來自箱內的材料。需要提高小箱區域的XPS方法的分析精度。
為了提供對本發明的一些方面和特徵的基本理解，包括了本發明的以下概述。該概述不是本發明的廣泛綜述，因此，並非旨在特別識別本發明的關鍵或重要元素，或者描繪本發明的範圍。其唯一目的是以簡化的形式呈現本發明的一些概念，作為下面呈現的更詳細描述的序言。
所揭示的實施例能夠藉由多次測量使用XPS特徵化和測量小箱中的薄膜層。在一些揭示的實施例中，XPS測量用於分析小箱內的薄膜層的特定屬性，例如，薄膜層的厚度或成分，其中，XPS訊號在小箱外有一些溢出。
參考圖式描述了特徵化和測量方法/系統的實施例。不同的實施例或其組合可以用於不同的應用或實現不同的益處。根據圖式實現的結果，可以單獨或與其他特徵相結合地部分或全部利用本文揭示的不同特徵，平衡優點與要求和限制。因此，將參考不同的實施例強調某些益處，但不限於所揭示的實施例。也就是說，本文揭示的特徵不限於描述這些特徵的實施例，而是可以與其他特徵“混合和匹配”並結合到其他實施例中。
在以下詳細說明中，闡述了許多具體細節，以便全面理解本發明。然而，本領域技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實施本發明。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的方法、程式和元件，以免混淆本發明。
被視為本發明的主題在說明書的結論部分特別指出並明確要求保護。然而，當結合圖式閱讀時，藉由參考下面的詳細描述，可以最好地理解本發明的組織和操作方法以及其目的、特徵和優點。
應當理解，為了圖式的簡單和清晰，圖中所示的元件不一定按比例繪製。例如，為了清楚起見，一些元件的尺寸可能相對於其他元件誇大。此外，在認為合適的情況下，圖式標記可以在圖式中重複，以指示對應或類似的元件。
本說明書中對系統、方法和非暫時性電腦可讀介質中任一者的任何引用應比照適用於任何其他系統、方法和非暫時性電腦可讀介質。例如，對系統的任何引用都應比照適用於可由系統執行的方法以及可儲存可由系統執行的指令的非暫時性電腦可讀介質。
由於本發明所示的至少一個實施例在很大程度上可使用本領域技術人員已知的電子部件和電路實施，因此，為了理解和理解本發明的基本概念，並且為了不混淆或偏離本發明的教導，除了上文所示的必要範圍外，不會對細節進行任何更大程度的解釋。
下述任何數字或數值應視為非限制性示例。
各種示例涉及由SiO 2製成的薄膜層和由Si製成的基板。應該注意，這些僅僅是材料的非限制性示例，並且薄膜層可以由不同於SiO 2的材料製成，和/或基板可以由不同於Si的材料製成。對SiO 2和Si的任何引用應分別比照適用於任何薄膜層材料和基板材料。
圖1示出半導體晶片樣本100的部分截面，顯示了特徵化或測量過程，例如，確定樣本上的薄膜層的種類和/或種類厚度的過程（例如，大約0-10nm厚）。基層101（例如，晶片基板）由矽製成，並且絕緣體層(二氧化矽層105)形成在基層101上。在這個示例中，在Si基板基層的上方形成二氧化矽層。二氧化矽層105藉由蝕刻方形或圓形箱形狀110的孔來形成圖案，在該具體示例中，該孔具有30µm的滑動長度或直徑。在實際生產中，許多這樣的孔將形成在絕緣層 (二氧化矽層105)中，但是為了理解實施例，描述僅針對一個這樣的孔進行。在這個示例中，孔沒有到達基板，因此SiO 2薄膜層115保留在基層101上的孔的底部。儘管在圖1的這個示例中，二氧化矽層105形成在矽基板101上並被蝕刻，以形成箱110，但是任何其他材料（氮化矽、其他氧化物或氮化物等）或製造製程（例如，選擇性沉積等）都可以用於形成箱110。箱110可以是矩形、圓形、溝槽形等。此外，不同材料的中間層可以存在於基板101和其中形成孔的介電層 (二氧化矽層105) 之間。
根據一個實施例，XPS用於特徵化箱110，即確定箱110內（或下方）薄膜層的存在以及薄膜層的成分和厚度。參考圖1的示例，在該實施例中，XPS用於確定SiO 2薄膜層是否保留在箱110處（或箱的下方），如果是，則確定這種薄膜層的厚度。
在一個實施例中，用x射線照射圖1所示的樣本，並檢查樣本生成的光電子發射（箭頭所示）。如果X射線束產生適合30μm的箱110內的斑點120，則可以由SiO 2薄膜層115使用來自Si基板101的發射衰減（在本文中被稱為Si訊號）來計算SiO 2薄膜層115的厚度。然而，在這個具體示例中，因為產生的X射線束具有直徑大於30μm尺寸的斑點120，XPS訊號溢出到箱110之外。在這種情況下，來自SiO 2的發射衰減具有箱內訊號分量和箱外訊號分量（例如，溢出）。根據一個實施例，針對參考箱110進行多次測量，從而確定光束的混合分數（箱內部的光束的分數）。使用混合分數，對箱110執行多次測量，以確定箱外部的種類訊號對箱內部的相同種類訊號的貢獻值。然後，混合分數和貢獻值可以用於計算SiO 2薄膜層115的厚度。
圖2示出本文揭示的用於特徵化或測量過程的各種實施例的X射線系統200的示例。本文描述的系統操作和分析可以由一個或多個電腦205來執行。在一個實施例中，電腦205可以是在客戶地點的獨立電腦。電腦205可以在適當的非易失性電腦可讀儲存介質中儲存用於軟體的指令，並且可以使用一個或多個處理器來執行硬體中的指令，以實現本說明書中的技術。
電子槍210發射電子束，引導該電子束撞擊陽極215，在本示例中，陽極由鋁製成。因此，X射線在陽極產生並被導向單色儀（monochromator）220。然後X射線在單色儀上衍射。在這個示例中，單色儀220由晶體石英製成，其被配置為僅將Al Kα X射線聚焦到晶片225上。也可以在通量檢測器230處收集少量的這種Al Kα。通量檢測器230的訊號可以從X射線計數轉換成通量數。通量數可以用作X射線撞擊晶片的參考指標。
引導主Al Kα X射線束撞擊晶片225。當X射線穿過晶片225的層時，電子和次級X射線從晶片的每一層發射。XPS能量分析器240收集發射的電子並將其導向XPS檢測器245。XPS能量分析器240通常根據發射的電子的能量來分離這些電子，類似於按光子頻率分離白光的棱鏡。因此，XPS檢測器245產生的訊號可用於測量每個特定能量下的電子數量（即強度）。在監視器250上顯示由電腦205生成的繪製強度（電子數）對結合能的樣本圖。
監視器250中例示的曲線圖示出可以如何識別樣本中的材料。在該具體示例中，晶片225由矽製成，並具有第一層二氧化矽層105或一氧化矽薄膜層。曲線圖中的各種峰值可用於識別被檢查樣本（本文是晶片225）中存在的材料。
根據一個實施例，來自一層的XPS訊號的衰減用於推斷其上不同材料層的存在。此外，如果X射線束包含在箱110內，衰減量可以用來量化上面層的厚度。對於在箱110外部具有種類訊號的溢出的X射線束，混合分數f可用於量化箱內部的光束分數（例如， f）和箱外部的光束分數（例如，1- f），其可用於計算種類訊號的溢出。
轉向圖1的具體示例，如圖1B中所例示，在混合分數 f=1的情況下，對於厚度為t 0的覆蓋層SiO 2，種類Si（在圖1B中）的訊號將衰減如下：I Si=I Si’e (-t0/λsi,SiO)，其中，I Si’（有時可被稱為參考強度或參考電子數）是種類Si在穿過SiO2層之前的光電子強度，λ si,SiO是材料參數（來自種類Si的穿過材料SiO 2的特定類型的光電子的有效衰減長度（effective attenuation length，EAL），例如，從矽發射並穿過SiO 2的矽2p光電子。在本發明中，可以使用材料B中的材料A的簡寫EAL，但是應該理解為指從該材料發射的特定光電子）。當存在其他種類時（除了SiO 2薄層和/或矽基板之外），強度指數（I Si情況下的Si和/或I SiO情況下的SiO）以及其他常數和變數（例如，K Si、K SiO、λ si,SiO和/或λ SiO）的指數將發生變化，以反映不同的種類（不同的材料）。
基於上述方程，如圖1B所示，對於混合分數小於1的X射線束，種類Si訊號衰減可如下建模：I Si Model= fe (-t0/λsi,SiO)/K Si，其中， f為混合分數，K Si為表示Si對訊號強度的有效貢獻的常數。因此，藉由SiO 2覆蓋層的矽的衰減訊號被表示為覆蓋層的厚度與藉由SiO 2的矽的有效衰減長度之比的指數，由矽比例因數K Si縮放，並進一步由混合分數 f縮放。
種類SiO 2的訊號產生可如下類似地建模：I SiO Model= f (1-e (-t0/λSiO))/K SiO，其中，K SiO是表示SiO 2對訊號強度的有效貢獻的常數，λ SiO是材料參數（穿過材料SiO 2的來自種類SiO 2的特定類型的光電子的有效衰減長度（EAL））。因此，從SiO 2覆蓋層產生的SiO 2訊號被表示為覆蓋層的厚度與矽藉由SiO 2的有效衰減長度之比的函數，由矽比例因數K SiO縮放，並進一步由混合分數 f縮放。
轉向圖1A，對於厚覆蓋層 (二氧化矽層105)（約100納米），種類Si訊號衰減可近似為零。也就是說，假設覆蓋層 (二氧化矽層105) 足夠厚，使得不會在箱外部產生I Si。種類SiO 2訊號可以如下建模：I SiO Model=(1- f)/K SiO。因此，SiO 2訊號可以表示為SiO 2比例因數K SiO，並進一步由溢出因數（1- f）縮放。
再次參考圖1，待特徵化的晶片樣本是材料B的基板，並且包括在其上形成箱的厚度為t thick（例如，圖1中為約100nm）的第一層材料A以及厚度為t thin的箱內部的材料A的剩餘薄膜層（例如，圖1中為約2nm）。來自箱110內的種類A和B的具有強度I A和I B的光電發射將由於層A的存在而獨立地衰減，減少了表示指向箱內的種類A和B的X射線束分數的混合分數，並且強度被表示X射線束溢出到箱外的貢獻值修改。隨後的圖可能將基板稱為材料B，將覆蓋層稱為材料A。
在一個實施例中，不直接使用原始強度數位，因為需要考慮每次測量的通量變化以及工具之間的變化。因此，X射線通量數可用於歸一化原始強度。在一個實施例中，原始強度數位直接用作種類訊號。在一個實施例中，I Si’或1/K Si的值是已知的，並且可以用作常數，以基於要求或經驗來縮放種類訊號。例如，可以藉由在沉積頂層之前對晶片基板進行XPS測量來獲得I Si’的值，這可以是入射x射線通量的某個單位或某個標稱通量下的光電子強度等。
在一些實施例中，來自XPS測量的測量強度比（I SiO/ I Si）可以與總模型強度比（I SiO M/ I Si M）進行比較，以進一步特徵化圖1的樣本。例如，可以如下確定殘差函數（或優值函數（M））： 其中， 和 ， 其中，M表示優值函數（merit function）， 表示測量的強度比， 表示種類強度的建模比，I Si表示Si的測量的種類強度，I SiO表示SiO 2的測量的種類強度，t 0表示箱110內SiO 2薄膜層115的厚度，K Si表示指示Si對種類訊號強度的有效貢獻的常數，K SiO表示指示SiO 2對種類訊號強度的有效貢獻的常數， f表示指示箱內入射光束的比例的混合分數等。
如果假設在箱110之外沒有產生I Si，則就沒有K Si貢獻，I SiO M和I Si M可以如下近似： , and 。
M函數可以是ƛ。在這個示例中，未知數比強度比的數量多。因此，我們需要額外的資料點來特徵化箱110。
在下面的揭示中，多個測量（第一光束和第二光束）與參考晶片樣本一起用於特徵化圖1的箱110，如圖3A至圖6中進一步描述的，以求解多個未知數。
圖3A示出根據一個實施例的使用標稱光束1來特徵化參考樣本300的測量，圖3B示出使用具有較大斑點直徑的光束2來特徵化參考樣本300的測量。參考樣本300可以表示具有邊長為30µm的箱310的圖1的樣本100。參考樣本300具有已知的材料Si的基板（未示出）和已知的材料SiO 2的覆蓋層305。在此處，為了增加資料點的數量，光束1和光束2用於特徵化參考樣本300。光束1具有直徑為40µm的斑點，提供第一混合分數 f 1，光束2具有直徑為50µm的斑點，提供第二混合分數 f 2。此外，為了減少未知數的數量，參考晶片具有相同的尺寸30µm，具有已知的種類和種類厚度t 0，例如，具有2nm厚度的SiO 2薄膜層315。
在一個實施例中，為了製造具有已知厚度的樣本300，晶片樣本300可以用具有200µm邊長的類似箱（孔結構）蝕刻（圖中未示出），並且使用40µm的光束特徵化200µm的箱提供了已知厚度。在此處，假設200µm箱藉由與30µm箱類似的製程蝕刻，並且200µm和30µm箱在這些箱內具有相同的薄膜層厚度。由於應用於200µm箱的40µm光束應該具有箱內部的所有種類訊號（例如，沒有溢出），因此厚度可以由如前所述的衰減方程I Si=I Si’e (-t0/λsi,SiO)來確定。
具有帶有已知材料（SiO 2）和已知厚度（2nm）的薄膜層的30µm箱，使用光束1特徵化樣本300的優值函數可以如下： ， 其中，M1表示光束1的優值函數， 表示光束1的測量強度比， 表示光束1的種類強度的建模比，測量I Si1表示使用光束1的Si的測量種類強度，I SiO1表示使用光束1的SiO 2的測量種類強度，t表示箱310內的SiO 2薄膜層315的厚度，K SiO表示指示SiO 2對種類訊號強度的有效貢獻的常數， f 1表示第一混合分數。
使用光束2特徵化樣本300的優值函數可以如下： ， 其中，M2表示光束2的優值函數， 表示光束2的測量強度比， 表示光束2的種類強度的建模比，I Si2表示使用光束2的Si的測量種類強度，I SiO2表示使用光束2的SiO 2的測量種類強度，t表示箱310內的SiO 2薄膜層315的厚度，K SiO表示指示SiO 2對種類訊號強度的有效貢獻的常數， f 2表示第二混合分數。（注意，在優值函數中，符號SiO 1和SiO 2表示從光束1和光束2獲得的SiO 2訊號，而不是一氧化矽和二氧化矽）。
參考第一和第二優值函數（M 1，M2），已知值是種類訊號I Si1、I SiO1（使用光束1的第一測量）、種類訊號I Si2、I SiO2（使用光束2的第二測量）、t和K SiO。未知值是混合分數 f 1和 f 2。由於有兩個帶有兩個未知數的方程，混合分數 f 1和 f 2可以使用優值函數M 1、M 2獨立計算。在另一個實施例中，可以藉由回歸技術使用優值函數來計算混合分數。
一旦光束1和光束2的混合分數已知，特徵化過程可以使用相同的相應光束1和光束2對具有未知材料和未知厚度的測量樣本400進行額外的測量，如圖4A至圖4B所示，只要箱的尺寸保持與參考樣本相同。
圖4A示出根據一個實施例的使用標稱光束1測量測量樣本400，而圖4B示出使用光束2特徵化參考樣本400的測量。測量樣本400可以表示圖1的樣本100。測量樣本400可以由客戶提供，其中，箱410具有已知的30µm乘30µm的箱尺寸，類似於圖3A至圖3B的參考樣本300的尺寸
如前所述，光束1具有直徑為40µm的斑點，提供第一混合分數 f 1，光束2具有直徑為50µm的斑點，提供第二混合分數 f 2。此外，由於測量樣本400具有與參考樣本300相同的30µm箱尺寸，混合分數 f 1和 f 2將與先前針對圖3A至圖3B的參考樣本300計算的相同。在此處，測量樣本400具有未知的材料B的基板（未示出）和未知的材料A的覆蓋層405。在箱410內，材料A的薄膜層415在材料B的基板的表面上。
可以使用多次測量來特徵化測量樣本400，例如，測量1中的光束1（40µm斑點），其中，收集和儲存測量1的原始強度資料。接下來，可以調整X射線束，以提供光束2（50µm的更大斑點），從而在測量2中特徵化測量樣本400，並且為測量2收集和儲存原始強度資料。
在測量之後，特徵化光束1和光束2的優值函數可以如下： ， ，以及 ， 其中， , ，以及 其中， 表示光束1或光束2的種類訊號A的建模強度， 表示光束1或光束2的種類訊號B的建模強度，M表示優值函數，I A1表示使用光束1的材料A的測量種類強度，I B1表示使用光束1的材料B的測量種類強度，I A2表示使用光束2的材料A的測量種類強度，I B1表示使用光束2測量的材料B的種類強度， f 1表示第一混合分數， f 2表示第二混合分數，t表示箱410內材料A的薄膜層415的厚度，K A表示指示A對種類訊號強度的有效貢獻的常數，並且λ 1,2是來自穿過材料A的種類A、B的特定類型的光電子的材料參數（有效衰減長度（EAL））。注意，可以基於種類訊號的結合能藉由查閱資料表或從NIST資料庫推導出λ。
在這種情況下，在優值函數M中有兩個測量的訊號比和兩個未知數（t和K A）。優值函數M可以藉由數值方法求解，以獲得未知數（t和K A）。在一個實施例中，回歸可用於同時找到使測量的原始光譜比（例如，I A1/I B1和I A2/I B2）和建模的或估計的光電發射強度比（例如，I A1 M/I B1 M和I A2 M/I B2 M）之間的優值函數最小化的t和K A的值，如藉由上述運算式獲得的。
例如，可以在運算式中反覆運算使用不同的t和K A值，以生成建模比率強度I A1 M/I B1 M的不同值，然後將所得值插入優值函數M 1中，直到M 1的值最小化，以確定t和K A。同時，可以在運算式中反覆運算使用t和K A，以生成建模強度I A2 M和I B2 M的不同值，然後將所得值插入到優值函數M 2中，直到M 1和M 2的值最小化，以同時確定t和K A。在此處，由覆蓋層材料A產生的訊號 部分對從箱外部到箱內部的種類訊號有貢獻。
圖5示出根據一個實施例的使用標稱光束1（40µm斑點）對具有已知覆蓋層材料（K A）505和已知材料K A的未知厚度（t）的薄膜層515的樣本500的測量。測量樣本500可以表示圖4A至圖4B的樣本400，其具有邊長為30µm的箱510。在一個實施例中，樣本500可以用與圖4A至圖4B中的樣本400相同的覆蓋層材料在批次處理中製造。由於混合分數和覆蓋層材料505從先前的測量中是已知的，因此可以計算薄膜層的厚度測量。
例如，使用光束1的測量樣本500的優值函數可以如下： 。
可以從測量樣本500的XPS測量中獲得種類訊號 / 的測量比率。由於K A和 f 1從先前的測量（從圖4A至圖4B的測量）中是已知的，可以從優值函數M 1中計算t。
圖6是示出根據一個實施例的特徵化箱110的方法的流程圖。過程600可以由處理邏輯來執行，處理邏輯可以包括軟體、硬體或其組合。例如，可以由圖2的電腦205執行過程600。
參考圖6，在方框601處，處理邏輯獲得與第一X射線束（光束1）相對應的第一混合分數 f 1，其中，該混合分數表示在測量晶片樣本（樣本500）的測量箱（箱510）內部的第一X射線束的分數，並且測量箱表示設置在基板的上方並且具有設置在孔結構內部的薄膜層的孔結構。
例如，如圖3A所示，具有已知厚度和已知材料K SiO的參考樣本300可以用於獲得與第一X射線束（光束1）相對應的第一混合分數 f 1。可以使用如前所述的優值函數M 1來計算混合分數。混合分數 f 1可以表示X射線束在箱內部的部分，其中，X射線束指向箱，溢出（1- f 1）表示X射線束在箱外部的部分。
測量箱（箱510）可以由圖5的樣本500表示。在此處，樣本500可以由客戶提供，並且樣本500具有至少一個已知尺寸為30µm×30µm的孔，與參考樣本300相同，其中，覆蓋材料A可以是已知的，而孔底部的薄膜層厚度是未知的。
在一個實施例中，獲得與第一X射線束（光束1）相對應的第一混合分數 f 1包括：獲得參考樣本（具有參考樣本300的樣本晶片）的第一參考檢測訊號（使用光束1測量參考樣本300的XPS訊號）；從第一參考檢測訊號（XPS訊號）的種類訊號（藉由查找SiO 2和Si的結合能（binding energy）並確定XPS訊號峰值來確定）獲得第一參考測量比率（I SiO1/I Si1）；以及基於第一參考測量比率（I SiO1/ ISi1）確定第一混合分數 f 1。
在一個實施例中，獲得第一參考檢測訊號（XPS訊號）包括：為參考樣本（參考樣本300）提供待照射的參考箱310，其中，參考箱具有已知厚度（例如，2nm）和已知貢獻因數（K SiO）的薄膜層（SiO 2）；生成具有第一條件（直徑為40µm的斑點尺寸）的第一X射線束（光束1）；將第一X射線束（光束1）導向參考樣本（參考樣本300）；收集測量值，以獲得第一參考檢測訊號（XPS訊號）。在此處，貢獻因數K SiO表示SiO 2電子對XPS訊號中的種類強度的有效貢獻。
在一個實施例中，基於第一參考測量比率（I SiO1/I Si1）確定第一混合分數 f 1包括：確定具有與第一X射線束（光束1）相對應的第一混合分數f1的第一殘差函數（M 1）；計算第一參考測量比率（I SiO1/I Si1）和第一建模強度比（I SiO1 M/I Si1 M）；以及基於第一參考測量比率和第一建模強度比計算第一混合分數 f 1。
在方框603處，處理邏輯獲得與第一X射線束相對應的測量箱（箱510）的貢獻值 ，該貢獻值表示對測量箱內部的相同種類訊號有貢獻的測量箱外部的種類訊號。
例如，如圖4A至圖4B所示，可以使用KA和 f 1值來計算種類訊號貢獻值 。如上所述，測量樣本400可由客戶提供，以計算KA，其中，樣本400具有至少一個已知尺寸為30µm×30µm的孔結構（方框410），與參考樣本300相同。此外，樣本400的覆蓋層405材料是未知的，並且孔結構410內部的薄膜層415具有未知材料的未知厚度。
使用斑點直徑為40µm的光束1，可以進行測量，以收集光束1的測量種類強度比。使用斑點直徑為50µm（例如，更大的斑點）的光束2，可以進行測量，以收集光束2的測量種類強度比。使用測量的種類比率強度和計算的混合分數 f 1和 f 2，可以使用回歸同時計算厚度t和K A。使用K A和 f 1值，種類訊號貢獻值可以計算為 。
在一個實施例中，處理邏輯進一步計算第二混合分數 f 2，包括：獲得參考樣本的第二參考檢測訊號（參考樣本300的藉由光束2的XPS測量）；從第二參考檢測訊號的種類訊號獲得第二參考測量比率（ISiO2/ISi2）；以及基於第二參考測量比率（ISiO2/ISi2）確定第二混合分數f2。
在一個實施例中，獲得第二參考檢測訊號（XPS訊號）包括：給參考樣本（具有樣本300的參考樣本）提供待照射的參考箱310，其中，參考箱310具有已知厚度（2nm）和已知貢獻因數（K SiO）的薄膜層；生成具有第二條件（斑點直徑=50µm）的第二X射線束（光束2）；將第二X射線束（光束2）導向參考樣本；以及收集測量值，以獲得第二參考檢測訊號（XPS訊號）。
在一個實施例中，基於第二參考測量比率（I SiO2/I Si2）確定第二混合分數 f 2還包括：確定具有第二混合分數 f 2並且與第二X射線束（光束2）相對於的第二殘差函數（M 2）；計算第二參考測量比率（I SiO2/I Si2）和第二建模強度比（I SiO2 M/I Si2 M）；以及基於第二參考測量比率（I I SiO2/I Si2）和第二建模強度比（I SiO2 M/I Si2 M）來計算第二混合分數 f 2。
在一個實施例中，獲得與第一X射線束相對應的測量箱的貢獻值包括：獲得測量樣本（樣本400）的第二（使用光束1的樣本400的XPS訊號）和第三測量檢測訊號（使用光束2的樣本400的XPS訊號）；從第二和第三測量檢測訊號的種類訊號獲得第一（I A1/I B1）和第二測量比率（IA2/IB2）；以及基於第一和第二測量比率確定貢獻值 。
如圖4A至圖4B所示，可以使用K A和 f 1值來計算種類訊號貢獻值 ，其中，可以藉由對樣本400使用光束1的測量和使用光束2的測量來同時計算厚度t和K A，以獲得K A。
在一個實施例中，獲得第二和第三測量檢測訊號包括：為第一測量樣本（圖4A至圖4B的晶片樣本400）提供待照射的測量箱410，其中，測量箱410內部具有未知厚度和未知貢獻因數（K A）的薄膜層；生成具有第一條件（40µm斑點）的第一X射線束（光束1）；將第一X射線束（光束1）導向測量樣本；收集測量值，以獲得第二測量檢測訊號（XPS訊號）；生成具有第二條件（50µm斑點）的第二X射線束（光束2）；將第二X射線束（光束2）導向測量樣本；以及收集測量值，以獲得第三測量檢測訊號（XPS訊號）。
在一個實施例中，基於第一測量比率（I A1/I B1）和第二測量比率（I A2/I B2）確定貢獻值 包括：確定具有與第一X射線束（光束1）相對應的第一混合分數 f 1的第一殘差函數（M 1）；確定具有與第二雙X射線束（光束2）相對應的第二混合分數 f 2的第二殘差函數（M 2）；以及執行回歸，以最小化第一測量比率（I A1/I B1）和第二測量比率（I A2/I B2）以及與於第一（I A1 M/I B1 M）和第二（ IA2 M/I B2 M）殘差函數（M 1，M 2）相對應的建模強度比之間的差，從而同時確定貢獻值（K A或( ）和薄膜層的厚度值t。
在方框605處，處理邏輯使用第一X射線束（光束1）獲得與測量箱（箱510）相對應的測量的第一測量檢測訊號（XPS訊號）。
例如，如圖5中所描繪，客戶可以為晶片樣本提供待測量的樣本500，其中，樣本500具有已知的覆蓋層材料A，該覆蓋層材料具有未知的薄膜層厚度。可以對樣本500進行XPS測量，以獲得測量樣本500的XPS訊號/原始強度（例如，第一測量檢測訊號）。
在方框607處，處理邏輯基於第一測量檢測訊號（使用光束1測量圖5的樣本500的XPS訊號）、貢獻值 和第一混合分數 f 1來確定薄膜層的測量值。
例如，從為圖5的樣本500收集的XPS訊號/原始強度，利用已知的覆蓋層材料A，處理邏輯可以從XPS訊號獲得測量的強度比（例如，I A/I B）。使用測量的強度比（I A/I B）、KA和 f 1，處理邏輯可以使用來自優值函數M1的建模強度比（I A M/I B M）來計算厚度t值。
在一個實施例中，基於貢獻值 和第一混合分數 f 1確定薄膜層的測量值（例如，厚度t）包括：基於第一測量檢測訊號的種類訊號（使用光束1測量樣本500的XPS訊號）確定第三測量比率（I A/I B）；確定具有與第一X射線束（光束1）相對應的第一混合分數 f 1的第一殘差函數M1；以及藉由最小化第三測量比率（I A/I B）以及第一殘差函數M1的建模強度比（I A M/I B M）之間的差來計算薄膜層的測量值（厚度t）。
因此，圖3A至圖6描述了XPS特徵化技術，以特徵化小的30µm箱（孔）內的薄膜層的材料成分和薄膜層的厚度。儘管示出40μm和50μm的光束，但是X射線束可以具有用於計算相應混合分數的任何斑點尺寸。此外，特徵化技術可以擴展到箱內的一個以上的薄膜層，如圖7中進一步描述的。
圖7是示出根據一個實施例的兩個薄膜層（715、735）的晶片樣本700的部分的局部截面圖。樣本700可以表示圖1的樣本100，其具有邊長為30μm的箱710，並且在箱710內具有兩個薄膜層。如圖7所示，箱710形成在沉積在材料B的基板701上的材料A的覆蓋層705中。材料C的薄膜層725沉積在覆蓋層705上。在箱700內，在材料C（厚度=t 2）的薄膜層735上有材料A（厚度=t 1）的薄膜層715，其在材料B的基板700上。
為了特徵化框700，優值函數可以如下： ，其中， ， ，以及 ， 其中，M表示優值函數，M i表示第i光束的優值函數， 表示第i光束的種類訊號A的建模強度， 表示第i光束的種類訊號B的建模強度， 表示第i光束的種類訊號C的建模強度，I Ai表示第i光束的材料A的測量種類強度，I Bi表示第i光束的材料B的測量種類強度，I Ci表示第i光束的材料C的測量種類強度， f i表示第i混合分數，t 1表示箱110內材料A的薄膜層厚度，K A表示指示A對種類訊號強度的有效貢獻的常數，t 2表示箱110內材料C的薄膜層厚度，K C表示指示C對種類訊號強度的有效貢獻的常數，並且λ 1,2,3,4,5是來自穿過材料A或C的種類A、B或C的特定類型的光電子的材料參數（有效衰減長度（EAL））。注意，可以基於種類訊號的結合能藉由查閱資料表或從NIST資料庫推導出λ。
上述優值函數中有四個未知值：t 1、t 2、K A和K C。為了求解這四個未知數，使用2個不同大小的光束來提供4個單獨的測量比率I B1/I A1、I C1/I A1、I B2/I A2和I C2/I A2。利用4個測量比率和4個未知數，可以將回歸方法應用於優值函數，以求解未知數。
如前所述，不同的光束條件提供不同的混合分數，例如，條件1提供具有40μm斑點直徑的光束，條件2提供具有50μm斑點直徑的光束，以求解優值函數。在一些實施例中，不同的光束位置（x或y偏移）提供不同的混合分數，來求解優值函數，如圖8A至圖10C中進一步描述的。
圖8A示出根據一個實施例的使用X線掃描測量參考樣本800，圖8B示出使用Y線掃描測量參考樣本800。參考樣本800可以表示圖3A至圖3B的樣本300，例如，30μm的箱，箱810內具有已知的薄膜層材料SiO2和未知的薄膜層厚度。如圖8A至圖8B所示，可以在具有x和/或y偏移的測量樣本800上用具有40μm斑點直徑的光束1進行多次測量。x和y偏移是指包含樣本800的載物台的x或y方向移動。對於X掃描，一個示例可以是：使用相同的載物台設置，在時間1，可以在 )= (0, 0)進行掃描；在時間2，可以在 )= (10µm, 0)進行掃描；在時間3，可以在 )= (20µm, 0)進行掃描，諸如此類。
在一個實施例中，混合分數可以表示為高斯方程，因為指向晶片樣本的X射線束可以被假設為類似高斯的。光束1的特性如圖9至圖10C所示。例如，光束可以由相對於箱810中心的中心座標（ ）來表示。（ ）是類似高斯的光束1在x和y方向上的一個標準差。參考圖10A至圖10C，在曲線圖1001及1003中示出y、x中心截面的測量混合分數和建模的類似高斯的混合分數。在曲線圖1005中示出建模的混合分數與光束位置，示出高斯方程非常適合建模混合分數，如下面進一步描述的。因為光束的中心可能不總是與箱的中心重合（由於載物台設置的小位移誤差），因此，X/Y掃描有輕微的偏移。由於這些偏移是未知的，所以可以使用 ）來優化建模資料和測量資料的對齊。此外，可以將（ ）優化為指向樣本的假設的類似高斯的x射線束的一個標準差。
參考圖8A至圖10C，混合分數可以由高斯方程表示，該方程使用載物台位置（例如，（ ））以及光束的測量偏移，例如，（ ）。每次掃描的混合分數如下： = ， 其中， f i表示第i個光束掃描的第i個混合分數，（ ）表示載物台相對於箱810的中心的x和y位置，（ ）是相對於箱810的中心的光束的最佳中心座標，（ ）是類似高斯的x射線束的一個標準差在x，y方向上的長度。
接下來，每個X/Y測量掃描可以用優值函數來描述。樣本800的優值函數可以如下： ， ，以及 其中，M表示優值函數，M i表示第i次掃描的優值函數， f i表示第i次掃描的混合分數（ f i可以表示為載物台位置（ ）和光束測量偏移（ ），（ ）表示載物台相對於第i次掃描的箱810的中心的x和y位置，n表示掃描的總數， 表示第i次掃描的種類Si的測量強度， 表示第i次掃描的種類SiO 2的測量強度，K SiO表示指示SiO 2對種類訊號強度的有效貢獻的常數，（ ）是相對於箱810中心的光束的優化中心座標，t表示箱810內材料SiO 2的薄膜層815的厚度，（ ）是一個標準差值的x，y方向。
執行多次X/Y掃描，提供 、 、 、 值，其中，第i是相應的掃描。K SiO值是已知的，因為樣本800已經知道箱810內的SiO 2層805和SiO 2膜。這種情況下的未知變數是： 、 、 、 、 。因此，5次測量掃描可以提供5個種類強度比，以求解5個未知變數 、 、 、 、 ，並且可以藉由對優值函數M應用回歸技術來求解未知變數。如圖11A至圖11B所示，已經特徵化了光束的偏移，例如，確定了（ 、 、 、 ），可以特徵化未知材料A的未知薄膜厚度的新測量樣本1100。
圖11A示出根據一個實施例的使用X線掃描測量測量樣本1100，而圖11B示出使用Y線掃描測量測量樣本1100。樣本1100可以表示圖8A至圖8B的參考樣本800，其具有邊長為30µm的箱1110和材料A的覆蓋層1105。優值函數可以如下： 其中，M表示優值函數，M i表示第i次掃描的優值函數， 表示第i次掃描的測量的種類強度比， 表示第i次掃描的建模的種類強度比，（ ）表示第i次掃描的相對於箱1110的中心的載物台的x和y位置，I Ai表示第i次掃描的種類A的測量強度，I Bi表示第i次掃描的種類B的測量強度，（ ）是x或y方向上的1個標準差值，（ ）是相對於箱1110的中心的光束的最佳中心座標，t表示箱1110內材料A的薄膜層1115的厚度，K A,B表示指示A、B對種類訊號強度的有效貢獻的常數。
這種情況下的未知變數是： 、 、 、 。因此，4次測量掃描可以提供4個種類強度比，以使用回歸技術求解4個未知變數 、 、 、 。雖然在圖11中僅特徵化了一層未知厚度的未知材料的薄膜層，但是X/Y線掃描特徵化技術可以應用於具有一層以上的具有一種或多種未知材料的薄膜層的箱樣本，其中，可以提供額外的掃描來特徵化任何額外的未知參數。或者，藉由提供來自額外測量掃描的額外測量資料，可以特徵化其他參數，例如，KB。
圖12是示出根據一個實施例的方法的流程圖。可以由處理邏輯來執行過程1200，處理邏輯可以包括軟體、硬體或其組合。例如，可以由圖2的電腦205執行過程1200。
參考圖12，在方框1201處，處理邏輯獲得光束高斯參數（ 、 、 、 ），其中，光束高斯參數至少包括X射線束到樣本（例如，樣本1100）的箱（例如，箱1110）中心的偏移座標（ ），其中，測量箱（例如，箱1110）表示孔結構，其中，薄膜層1115設置在孔結構內，孔結構形成在覆蓋層1105上，在孔結構內的基板上方製造覆蓋層1105。
例如，如圖8A至圖8B所示，使用X/Y線掃描提供晶片樣本800用於特徵化，以獲得光束高斯參數（ 、 、 、 ）。使用從X/Y線掃描獲得的種類強度比，樣本800的優值函數用於求解未知數，例如，（ 、 、 、 ）光束高斯參數。在一個實施例中，光束高斯參數包括X射線束到箱中心的偏移座標（ ）。
在一個實施例中，光束高斯參數包括優化的標準差值（ ）。
在一個實施例中，未知數包括薄膜層815的厚度t測量值。在這種情況下，可以執行額外的X/Y線掃描，以獲得額外的測量強度比，因此已知的測量強度比的數量等於或大於要求解的未知變數。此後，可以使用回歸同時確定厚度t測量值和光束高斯參數。
在方框1203處，處理邏輯使用X射線束（光束1）獲得與測量箱（例如，箱1110）的測量值相對應的測量檢測訊號（XPS訊號）。
在方框1205，處理邏輯基於測量檢測訊號（XPS訊號）和掃描參數（ ）確定薄膜層的測量值（厚度）。
在一個實施例中，處理邏輯獲得用於載物台調整的額外掃描參數，這些載物台調整用於調整測量箱的載物台座標；獲得對應於每個載物台調整的測量值的額外測量檢測訊號；以及基於測量額外檢測訊號、貢獻值和掃描參數，確定測量箱的額外測量值（KB）。
在一個實施例中，處理邏輯在X或Y方向上進行載物台調整；並且在載物台調整之後執行測量掃描，以獲得額外的測量檢測訊號。
因此，提供了一種使用電子光譜特徵化測量箱內的薄膜層的方法，包括：獲得對應於第一X射線束的第一混合分數，其中，混合分數表示測量晶片樣本的測量箱內的第一X射線束的分數，其中，測量箱表示設置在基板上的孔結構，並具有設置在孔結構內的薄膜層；獲得對應於第一X射線束的測量箱的貢獻值，該貢獻值表示對測量箱內部的相同種類訊號有貢獻的測量箱外部的種類訊號；使用第一X射線束獲得對應於測量箱的測量值的第一測量檢測訊號；以及基於第一測量檢測訊號、貢獻值和第一混合分數來確定薄膜層的測量值。
獲得對應於第一X射線束的第一混合分數包括：獲得參考晶片樣本的第一參考檢測訊號；從第一參考檢測訊號的種類訊號獲得第一參考測量比率；以及基於第一參考測量比率確定第一混合分數。
獲得第一參考檢測訊號包括：為參考晶片樣本提供待照射的參考箱，其中，參考箱具有已知厚度和已知貢獻因數的薄膜層；生成具有第一條件的第一X射線束；將第一X射線束導向參考晶片樣本；以及收集測量值，以獲得第一參考檢測訊號。
基於第一參考測量比率確定第一混合分數包括：確定具有與第一X射線束相對應的第一混合分數的第一殘餘誤差函數；計算第一參考測量比率和第一建模強度比；以及基於第一參考測量比率和第一建模強度比計算第一混合分數。
此外，計算第二混合分數包括：獲得參考晶片樣本的第二參考檢測訊號；從第二參考檢測訊號的種類訊號獲得第二參考測量比率；以及基於第二參考測量比率確定第二混合分數。
獲得第二參考檢測訊號包括：為參考晶片樣本提供待照射的參考箱，其中，參考箱具有已知厚度和已知貢獻因數的薄膜層；生成具有第二條件的第二X射線束；將第二X射線束導向參考晶片樣本；以及收集測量值，以獲得第二參考檢測訊號。
基於第二參考測量比率確定第二混合分數還包括：確定具有對應於第二X射線束的第二混合分數的第二殘差函數；計算第二參考測量比率和第二建模強度比；以及基於第二參考測量比率和第二建模強度比計算第二混合分數。
獲得與第一X射線束相對應的測量箱的貢獻值包括：獲得測量晶片樣本的第二和第三測量檢測訊號；從第二和第三測量檢測訊號的種類訊號獲得第一和第二測量比率；以及基於第一和第二測量比率確定貢獻值。
獲得第二和第三測量檢測訊號包括：向測量晶片樣本提供待照射的測量箱，其中，測量箱具有未知厚度和未知貢獻因數的薄膜層；生成具有第一條件的第一X射線束；將第一X射線束導向測量晶片樣本；收集測量值，以獲得第二測量檢測訊號；生成具有第二條件的第二X射線束；將第二X射線束導向測量晶片樣本；以及收集測量值，以獲得第三測量檢測訊號。
基於第一和第二測量比率確定貢獻值包括：確定具有與第一X射線束相對應的第一混合分數的第一殘餘誤差函數；確定具有與第二雙X射線束相對應的第二混合分數的第二殘差函數；以及執行回歸，以最小化第一和第二測量比率與第一和第二殘差函數的建模強度比之間的差，從而同時確定薄膜層的貢獻值和厚度值。
基於貢獻值和第一混合分數確定薄膜層的測量值包括：基於第一測量檢測訊號的種類訊號確定第三測量比率；確定具有與第一X射線束相對應的第一混合分數的第一殘差函數；以及藉由最小化第三測量比率與第一殘差函數的建模強度比之間的差，來計算薄膜層的測量值。
根據各方面，提供了一種特徵化測量箱內的薄膜層的系統，包括：載物台，其支撐測量晶片樣本；X射線源，其生成第一X射線束，以在具有測量箱的測量晶片樣本的至少一個區域上方輻射測量晶片樣本，其中，測量晶片樣本包括設置在由基板材料製成的基板上方的第一材料的第一層，第一層具有形成在其中的孔結構，從而形成測量箱的壁，並且第一材料的第一薄膜層設置在孔結構內部；電子分析器，其根據不同的電子能量劃分從測量晶片樣本發射的電子；電子檢測器，其檢測藉由電子分析器後的電子，並輸出檢測訊號；以及處理器，其接收檢測訊號並基於檢測訊號確定對應於從第一和基板材料發射的電子的能帶中的種類訊號，其中，處理器還執行以下操作：獲與第一X射線束相對應的第一混合分數，其中，混合分數表示測量晶片樣本的測量箱內的第一X射線束的分數；獲得與第一X射線束相對應的測量箱的貢獻值，該貢獻值表示對測量箱內部的相同種類訊號有貢獻的測量箱外部的種類訊號；使用第一X射線束獲得與測量箱的測量值相對應的第一測量檢測訊號；以及基於第一測量檢測訊號、貢獻值和第一混合分數來確定薄膜層的測量值。
獲得與第一X射線束相對應的第一混合分數包括：獲得參考晶片樣本的第一參考檢測訊號；從第一參考檢測訊號的種類訊號獲得第一參考測量比率；以及基於第一參考測量比率確定第一混合分數。
獲得第一參考檢測訊號包括：為參考晶片樣本提供待照射的參考箱，其中，參考箱具有已知厚度和已知貢獻因數的薄膜層；生成具有第一條件的第一X射線束；將第一X射線束導向參考晶片樣本；以及收集測量值，以獲得第一參考檢測訊號。
基於第一參考測量比率確定第一混合分數包括：確定具有與第一X射線束相對應的第一混合分數的第一殘餘誤差函數；計算第一參考測量比率和第一建模強度比；以及基於第一參考測量比率和第一建模強度比計算第一混合分數。
該操作還包括計算第二混合分數，包括：獲得參考晶片樣本的第二參考檢測訊號；從第二參考檢測訊號的種類訊號獲得第二參考測量比率；以及基於第二參考測量比率確定第二混合分數。
獲得第二參考檢測訊號包括：為參考晶片樣本提供待照射的參考箱，其中，參考箱具有已知厚度和已知貢獻因數的薄膜層；生成具有第二條件的第二X射線束；將第二X射線束導向參考晶片樣本；以及收集測量值，以獲得第二參考檢測訊號。
此外，提供了一種使用電子光譜特徵化測量箱內的薄膜層的方法，包括：獲得對應於X射線束的光束高斯參數，其中，所述光束高斯參數至少包括X射線束相對於測量晶片樣本的測量箱中心的偏移座標，其中，測量箱表示設置在基板上方的孔結構，並具有設置在孔結構內部的薄膜層；使用X射線束獲得對應於測量箱的測量值的測量檢測訊號；以及基於測量檢測訊號和光束高斯參數確定薄膜層的測量值。
此外，獲得用於調整測量箱的載物台座標的載物台調整的額外掃描參數；獲得對應於每個載物台調整時的測量值的額外測量檢測訊號；以及基於測量額外檢測訊號、貢獻值和掃描參數來確定測量箱的額外測量值。
在X或Y方向上進行載物台調節；以及在載物台調整之後執行測量掃描，以獲得額外的測量檢測訊號。
本發明的各方面包括一種使用電子光譜特徵化測量箱（小箱）內的薄膜層的方法，包括：獲得與第一X射線束相對應的第一混合分數，其中，所述混合分數表示樣本的測量箱內的第一X射線束的分數，其中，測量箱表示孔結構並且可設置在基板上方的薄膜層；獲得與第一X射線束相對應的測量箱的貢獻值，該貢獻值表示對測量箱內部的相同種類訊號有貢獻的測量箱外部的種類訊號；使用第一X射線束獲得與測量箱的測量值相對應的第一測量檢測訊號；以及基於第一測量檢測訊號、貢獻值和第一混合分數來確定薄膜層的測量值。薄膜層可以位於孔結構和孔結構之間，或者可以設置在孔結構內部。對孔結構內的薄膜層的任何引用都應比照適用于位於孔結構下方的薄膜層。
在其他方面，提供了一種使用電子光譜特徵化測量箱內薄膜層的系統。該系統包括：載物台，其支撐晶片樣本；X射線源，其生成X射線束，以在具有測量箱的晶片樣本的至少一個區域上方輻射晶片樣本，其中，晶片樣本包括設置在由基板材料製成的基板上方的第一材料的第一層，第一層具有形成在其中的孔，從而形成測量箱的壁和設置在孔內的第一材料的第一薄膜層；電子分析器，其根據不同的電子能量劃分從晶片樣本發射的電子；電子檢測器，其檢測藉由電子分析器後的電子，並輸出檢測訊號；以及處理器，其接收檢測訊號並基於檢測訊號確定對應於從第一和基板材料發射的電子的能帶中的種類訊號，其中，處理器還執行以下操作：獲得與第一X射線束相對應的第一混合分數，其中，混合分數表示第一X射線束在晶片樣本的測量箱內的分數；獲得與第一X射線束相對應的測量箱的貢獻值，該貢獻值表示對測量箱內部的相同種類訊號有貢獻的測量箱外部的種類訊號；使用第一X射線束獲得與測量箱的測量值相對應的第一測量檢測訊號；以及基於第一測量檢測訊號、貢獻值和第一混合分數來確定薄膜層的測量值。
在其他方面，提供了一種使用電子光譜特徵化測量箱內的薄膜層的方法，包括：獲得對應於X射線束的光束高斯參數，其中，光束高斯參數至少包括X射線束相對於樣本測量箱中心的偏移座標，其中，測量箱表示其中設置有薄膜層的孔結構；使用X射線束獲得對應於測量箱的測量值的測量檢測訊號；以及基於測量檢測訊號和光束高斯參數確定薄膜層的測量值。
可以提供一種特徵化樣本的第一薄膜層的系統。該系統可以包括電子光學器件和處理器。圖2示出該系統的一個非限制性示例，處理器可以是電腦205或者可以包括在電腦205中，並且電子光學器件可以包括例如電子槍210、陽極215、單色儀220、通量檢測器230、XPS能量分析器240和XPS檢測器245中的至少一些。
電子光學器件被配置為用X射線斑點照射第一樣本區域，其包括第一薄膜層（例如，圖1的測量箱110）和第一樣本子區域（被照射但位於測量箱的側面）。第一薄膜層由第一薄膜層材料製成，並且位於由基板材料製成的基板上方。
電子光學器件還被配置為檢測從第一樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號。
處理器可以被配置為基於檢測訊號確定種類訊號，種類訊號可以包括（i）與從第一薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一薄膜層材料種類訊號、以及（ii）與從基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號。
處理器還可以被配置為基於（i）種類訊號、（ii）指示撞擊第一薄膜層的X射線斑點的分數的混合資訊（例如， f）、以及（iii）表示第一薄膜層材料對至少一個種類訊號的有效貢獻的第一薄膜層材料貢獻值（例如，KSiO），確定第一薄膜層的測量值。
檢測訊號可以是X射線光電子能譜（XPS）檢測訊號。
測量值可以是薄膜層的厚度。可以基於種類訊號的頻帶來確定薄膜層的材料。
處理器被配置為基於優值函數值（例如，M）來確定薄膜層的厚度，優值函數值是基於薄膜層的實際衰減和薄膜層的建模衰減之間的差來確定的。薄膜層的實際衰減可以由 表示，而薄膜層的建模衰減可以由 表示。上面提供了優值函數的各種示例。
處理器可以被配置為基於優值函數值來確定薄膜層的厚度，該優值函數值是基於（i）第一薄膜層材料種類訊號（例如， ）、（ii）基板材料種類訊號（例如， ）、（iii）建模的第一薄膜層材料種類訊號（例如 ），和（iv）建模的基板材料種類訊號（例如， ）來確定的。
可以基於混合資訊、與第一薄膜層內生成的光電子相關的第一薄膜層衰減參數（例如，λ SiO）、薄膜層的厚度、以及第一薄膜層材料貢獻值來計算建模的第一薄膜層材料種類訊號。
基於混合資訊、薄膜層的厚度、與基板內生成的光電子相關的第一薄膜層衰減參數（例如，λ Si,SiO）以及表示基板材料對至少一個種類訊號的有效貢獻的基板材料貢獻值（例如，K Si）來計算基板材料種類訊號。
混合資訊可以指示與一個或多個薄膜層相關的光束強度分佈。因此，混合資訊可以指示一個或多個薄膜層上方的光束強度分佈，例如，撞擊測量箱的輻射相對於總輻射的百分比。
混合資訊可以包括一個或多個光束高斯參數。光束高斯參數的示例如上所述。
薄膜層可以位於額外樣本子區域的上表面之上，例如，參見圖16中位於基板1620上方的感興趣的襯墊1610。x射線斑點照射感興趣的襯墊1610和第一樣本子區域，該第一樣本子區域也被稱為無關區域或污染區域，其將溢出訊號貢獻給檢測器感測的訊號。
薄膜層可以位於額外的樣本子區域的上表面下方。例如，參見圖1和圖7。
樣本區域可以包括由第二薄膜層材料製成的第二薄膜層，並且位於第一樣本子區域之外。例如，參見圖7，其示出兩個薄膜層715和735，我們將假設第二薄膜層表示為715。
在這種情況下，處理器還被配置為基於檢測訊號確定與從第二薄膜層材料發射的電子對應的能帶中的第二薄膜層材料種類訊號。處理器還被配置為基於（i）種類訊號、（ii）混合資訊和（iii）表示第二薄膜層材料對至少一個種類訊號的有效貢獻的第二薄膜層材料貢獻值來確定第二薄膜層的測量值。
當具有兩個薄膜層時，可能需要收集更多資訊，因為有更多未知變數與這兩個薄膜層相關。這可能需要執行一個或多個額外的測量，這些測量可能涉及使電子光學器件用X射線斑點照射可能包括第二薄膜層和第二樣本子區域的第二樣本區域；並且檢測從第二樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號。圖8A和圖8B示出額外測量的示例。
圖13是示出根據一個實施例的方法的流程圖。可以由處理邏輯執行方法1300，處理邏輯可以包括軟體、硬體或其組合。例如，可以由圖2的電腦205執行方法1300。
方法1300可以從步驟1310開始，由電子光學器件並用X射線斑點照射包括第一薄膜層和第一樣本子區域的第一樣本區域。第一薄膜層由第一薄膜層材料製成，並且位於由基板材料製成的基板上方。
步驟1310之後可以是步驟1320，由電子光學器件檢測從第一樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號。
步驟1320之後可以是步驟1330，由處理器基於檢測訊號確定種類訊號，種類訊號可以包括（i）與從第一膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一膜層材料種類訊號，以及（ii）與從基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號。
步驟1330之後可以是步驟1340，由處理器基於（i）種類訊號，（ii）指示撞擊第一薄膜層的X射線斑點的分數的混合資訊（例如， f），以及（iii）表示第一薄膜層材料對至少一個種類訊號的有效貢獻的第一薄膜層材料貢獻值（例如，K SiO），來確定第一薄膜層的測量值。
檢測訊號可以是X射線光電子能譜（XPS）檢測訊號。
測量值可以是薄膜層的厚度。薄膜層的材料可以基於種類訊號的頻帶來確定。
步驟1340可以包括以下中的至少一者：
a.基於優值函數值（例如，M）來確定薄膜層的厚度，基於薄膜層的實際衰減與薄膜層的建模衰減之間的差來確定優值函數值。薄膜層的實際衰減可以由 表示，而薄膜層的建模衰減可以由 表示。上面提供了優值函數的各種示例。
b.基於優值函數值確定薄膜層的厚度，基於（i）第一薄膜層材料種類訊號（例如， ）、（ii）基板材料種類訊號（例如， ）、（iii）建模的第一薄膜層材料種類訊號（例如， ）、以及（iv）建模的基板材料種類訊號（例如， ），來確定優值函數值。
c.基於混合資訊、與第一薄膜層內生成的光電子相關的第一薄膜層衰減參數（例如，λ SiO）、薄膜層的厚度和第一薄膜層材料貢獻值，來計算建模的第一薄膜層材料種類訊號。
d.基於混合資訊、薄膜層的厚度、與基板內生成的光電子相關的第一薄膜層衰減參數（例如，λ Si,SiO）、以及表示基板材料對至少一個種類訊號的有效貢獻的基板材料貢獻值（例如，K Si），來計算基板材料種類訊號。
樣本區域可以包括由第二薄膜層材料製成的第二薄膜層，並且位於第一樣本子區域之外。例如，參見圖7，其示出兩個薄膜層715和735，我們將假設第二薄膜層表示為715。
在這種情況下，步驟1340可以包括基於檢測訊號確定與從第二薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第二薄膜層材料種類訊號。處理器還被配置為基於（i）種類訊號、（ii）混合資訊、以及（iii）表示第二薄膜層材料對至少一個種類訊號的有效貢獻的第二薄膜層材料貢獻值來確定第二薄膜層的測量值。
當具有兩個薄膜層時，可能需要收集更多資訊，因為有更多未知變數與這兩個薄膜層相關。這可能需要執行一個或多個額外的測量。步驟1310可以重複，並且包括藉由電子光學器件並用X射線斑點照射第二樣本區域，該第二樣本區域可以包括第二薄膜層和第二樣本子區域。步驟1320可以重複，並且可以包括檢測從第二樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號。
圖14是根據一個實施例的方法1400的流程圖。可以由處理邏輯執行方法1400，處理邏輯可以包括軟體、硬體或其組合。例如，可以由圖2的電腦205執行方法1400。
方法1300可以從獲得檢測訊號的步驟1410開始，這些檢測訊號指示由於用X射線斑點照射第一樣本區域而從第一樣本區域發射的電子，其中，第一樣本區域包括第一薄膜層和第一樣本子區域。第一薄膜層由第一薄膜層材料製成，並且位於由基板材料製成的基板上方。
步驟1410之後可以是步驟1320，由電子光學器件檢測從第一樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號。
步驟1320之後可以是步驟1330，由處理器基於檢測訊號確定種類訊號，種類訊號可以包括（i）與從第一薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一薄膜層材料種類訊號，以及（ii）與從基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號。
步驟1330之後可以是步驟1340，由處理器基於（i）種類訊號、（ii）指示撞擊第一薄膜層的X射線斑點的分數的混合資訊（例如， f）、以及（iii）表示第一薄膜層材料對至少一個種類訊號的有效貢獻的第一薄膜層材料貢獻值（例如，K SiO），來確定第一薄膜層的測量值。
檢測訊號可以是X射線光電子能譜（XPS）檢測訊號。
測量值可以是薄膜層的厚度。可以基於種類訊號的頻帶來確定薄膜層的材料。
樣本區域可以包括由第二薄膜層材料製成的第二薄膜層，並位於第一樣本子區域之外。例如，參見圖7，其示出兩個薄膜層715和735，我們將假設第二薄膜層表示為715。
在這種情況下，步驟1340可以包括基於檢測訊號確定與從第二薄膜層材料發射的電子對應的能帶中的第二薄膜層材料種類訊號。處理器還被配置為基於（i）種類訊號、（ii）混合資訊、以及（iii）表示第二薄膜層材料對至少一個種類訊號的有效貢獻的第二薄膜層材料貢獻值，來確定第二薄膜層的測量值。
當具有兩個薄膜層時，可能需要收集更多資訊，因為有更多未知變數與兩個薄膜層相關。
步驟1410可以重複，並且包括獲得檢測訊號，這些檢測訊號指示由於用X射線斑點照射第一樣本區域而從第二樣本區域發射的電子，其中，第二樣本區域包括第二薄膜層和第二樣本子區域。第二薄膜層由第二薄膜層材料製成並且位於由基板材料製成的基板上方。
步驟1320可以重複，並且可以包括檢測從第二樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號。
檢測訊號可以被視為來自一個或多個感興趣的薄膜層的感興趣的訊號（S）和來自溢位區域域（由x射線束照射但在一個或多個薄膜層之外的區域）的訊號（C）（也稱為溢出訊號）的加權和。分配給訊號S的權重是f，分配給C的權重是1- f。
需要確定f和C——或f和S的值。
可以藉由製造商提供的半導體製程知識或測量大於XPS斑點尺寸的區域來確定溢出訊號，該區域可以位於模具的非圖案化部分上。確定溢出訊號的另一種方法是以系統的方式掃描測量區域，允許已知的溢出量在測量資料中變化。例如，參見圖8A和圖8B。隨著斑點覆蓋更多的污染區域，溢出訊號將增加，而感興趣的訊號將減少。藉由在距離測量墊中心不同的偏移處取幾個點，可以使用該資訊來確定污染訊號。確定溢出訊號的另一種方法是外推掃描資料，以確定零溢出時的訊號。
有幾種方法可以確定上述係數。一種方法可能在回歸程式中浮動係數。另一種方法是完全特徵化XPS斑點上的功率密度，但這可能在時間上不穩定。
另一種方法是使用充分特徵化的參考晶片樣本來確定溢出量——例如，參見圖5。
確定權重的另一種方式可以包括前饋，其中，在形成薄膜層之前和形成薄膜層之後測量結構元件，並且將形成之後的檢測訊號與形成之後的檢測訊號進行比較，以提供薄膜層對檢測訊號的影響的指示，而該影響可以提供關於薄膜層的測量值的指示。假設C在形成之前和形成之後保持相同，則可以被確定並從檢測訊號中去除。
形成前的檢測訊號可用于標準化形成後的檢測訊號，因為形成前的檢測訊號提供了關於薄膜層下面的層的資訊。
在形成之前和形成之後進行的測量可以提供高度精確的測量值評估，並且可以克服形成結構元件時的不準確性、一個評估系統與另一個評估系統之間的差，甚至測量隨時間的偏差。
圖15示出特徵化樣本的第一薄膜層的方法1500的示例。
方法1500可以從步驟1510開始，用X射線斑點照射初步的第一樣本區域，這是在第一樣本區域內形成第一薄膜層之前的第一樣本區域。初步的第一樣本區域可以包括基板和額外的結構元件。基板由基板材料製成。
步驟1510之後可以是步驟1520，檢測從初步的第一樣本區域發射的電子，以提供初步檢測訊號。
步驟1520之後可以是步驟1530，由處理器基於檢測訊號確定初步種類訊號，初步種類訊號可以包括與從基板材料發射的電子對應的能帶中的初步基板材料種類訊號。
該方法可以在形成包括薄膜層的第一樣本區域之後繼續（在步驟1540中）。
步驟1540可以包括用X射線斑點照射第一樣本區域（現在包括第一薄膜層以及第一樣本子區域）。第一薄膜層由第一薄膜層材料製成，並位於基板上方。
步驟1540之後可以是步驟1550，檢測從第一樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號。
步驟1550之後可以是步驟1560，由處理器基於檢測訊號確定種類訊號，種類訊號包括（i）與從第一薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一薄膜層材料種類訊號、以及（ii）與從基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號。
由處理器基於步驟1530的初步種類訊號和步驟1560的種類訊號來確定第一薄膜層的測量值。該確定可以包括基於初步種類訊號和種類訊號之間的差來確定薄膜層的影響，並且基於該差來確定測量值。這可以包括例如使用諸如第一薄膜層材料貢獻值等變數和/或使用上述任何模型。例如，使用以下公式確定厚度： ，其中，K是從特定材料產生給定種類的光電子的標準k因數，t是層的厚度，σ是材料的有效衰減長度。假設k和σ是已知的。
根據另一個實施例，可以使用有效材料模型來確定薄膜層的測量值，其中，溢出訊號被建模為有效基板材料。這種有效的基板材料用作建模的強度方程的變數，並且該方法包括求解建模的強度方程。下面提供了一個建模強度方程的示例。
在標準XPS薄膜分析中，樣本的厚度可以由下面的方程 確定，其中，K是從特定材料產生給定種類的光電子的標準k因數，t是層的厚度，σ是材料的有效衰減長度。
建模的強度方程可以是 ，假設每種感興趣的種類的k’因數來自於大塊基板，並且在回歸過程中會浮動。
可以藉由使用不同半徑的X射線斑點照射感興趣的結構元件來確定k’的值。不同半徑的X射線斑點應該覆蓋整個薄膜層，但是覆蓋不同區域的溢位區域域。圖4A和圖4B示出不同半徑的兩個X射線斑點，但是在確定k’時，第一和第二X射線斑點中的每一個覆蓋整個薄膜層可能是有益的。
圖17示出特徵化樣本的第一薄膜層的方法1700的示例。
方法1700可以從步驟1710開始，由電子光學器件並用第一半徑的第一X射線斑點照射包括第一薄膜層和第一樣本子區域的第一樣本區域。第一薄膜層由第一薄膜層材料製成，並且位於由基板材料製成的基板上方。
步驟1710之後可以是步驟1720，由電子光學器件檢測從第一樣本區域發射的電子，以提供第一檢測訊號。
步驟1720之後可以是步驟1730，由處理器基於第一檢測訊號確定第一種類訊號，第一種類訊號可以包括（i）與從第一薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一薄膜層材料種類訊號、以及（ii）與從基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號。
步驟1730之後是步驟1740，由電子光學器件並用不同於第一半徑的第二半徑的第二X射線斑點照射包括第一薄膜層和第一樣本子區域的第一樣本區域。
步驟1740之後可以是步驟1750，由電子光學器件檢測從第一樣本區域發射的電子，以提供第二檢測訊號。
步驟1750之後可以是步驟1760，由處理器基於第二檢測訊號確定第二種類訊號，該第二種類訊號可以包括（i）與從第一薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一薄膜層材料種類訊號、以及（ii）與從基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號。
步驟1760之後是步驟1770，由處理器基於第一種類訊號和第二種類訊號確定第一薄膜層的測量值。
圖18示出對於多種尺寸的光束和襯墊尺寸，（薄膜層的）材料厚度作為k’因數的函數的類比。提供了三次XPS測量的SiO薄膜厚度作為1/k’的函數的類比。
對於標準薄膜分析，已知1/k’約為0.7，可用作確定SiO薄膜厚度的輸入值。如果允許k變化，則這個解就是未決的。
VFIV,f=0.57（線1801）和VFIII,f=7.05（線1802）曲線分別示出使用50μm和40μm斑點對30μm測量墊的影響，其中，f是光束在測量墊中的分數。在有效材料模型中，我們使用具有不同污染量的兩種光束尺寸來唯一地定義解。這些曲線的交點提供了k的唯一解，因此也提供了厚度的唯一解。VFIII,f=0.97（線1803）曲線示出在50μm測量墊上的50μm光束的k和厚度之間的關係，其中，較小的溢出導致對k’較低的靈敏度。這些曲線僅用作描述工具，因為演算法將使用回歸方法來確定每個感興趣種類的k值。
實現相同功能的部件的任何佈置均有效“關聯”，從而實現期望的功能。因此，在此組合以實現特定功能的任何兩個部件可以被視為彼此“關聯”，從而實現期望的功能，而不考慮架構或中間部件。同樣，如此關聯的任何兩個部件也可以被視為彼此“可操作地連接”或“可操作地耦合”，以實現期望的功能。
此外，本領域技術人員將認識到，上述操作之間的界限僅是說明性的。多個操作可以組合成單個操作；單個操作可以分佈在額外操作中，並且操作可以在時間上至少部分重疊地執行。此外，替代實施例可以包括多個操作示例，並且操作的順序可以在各種其他實施例中改變。
此外，例如，在一個實施例中，所示的示例可以被實現為位於單個積體電路上或同一裝置內的電路。或者，這些示例可以被實現為以適當方式彼此互連的任意數量的獨立積體電路或獨立裝置。
此外，例如，示例或其部分可以被實現為物理電路或可轉換為物理電路的邏輯表示的軟體或代碼表示，例如，以任何適當類型的硬體描述語言實現。
然而，其他修改、變化和替代也是可能的。因此，說明書和圖式被認為是說明性的，而不是限制性的。
在請求項中，括弧內的任何參考符號不應被解釋為限制請求項。單詞“包括”不排除請求項中列出的那些之外的其他元件或步驟的存在。此外，本文使用的術語“一（a）”或“一個（an）”被定義為一個或多於一個。此外，在請求項中使用諸如“至少一個”和“一個或多個”等引導性短語不應被解釋為暗示由不定冠詞“一”或“一個”引入另一個請求項要素將包含這種引入的請求項要素的任何特定請求項限制為僅包含一個這種要素的發明，即使當同一請求項包括引導性短語“一個或多個”或“至少一個”和不定冠詞“一”或“一個”時也是如此。這同樣適用於定冠詞的使用。除非另有說明，諸如“第一”和“第二”等術語用於任意區分這些術語所描述的元件。因此，這些術語不一定意在指示這些元件的時間或其他優先順序。在相互不同的請求項中引用某些措施這一事實並不表示不能有利地使用這些措施的組合。
雖然在本文中說明和描述了本發明的某些特徵，但是本領域的普通技術人員現在將會想到許多修改、替代、變更和等同物。因此，應當理解，所附申請專利範圍旨在涵蓋落入本發明的真實精神內的所有此類修改和變更。
對任何術語“包括”、“包含”、“具有”的任何引用可以比照適用於術語“由其組成”和/或“基本上由其組成”。
應當理解，本文所述的製程和技術並非固有地與任何特定設備相關，可藉由部件的任何合適組合實現。此外，根據本文描述的教導，可以使用各種類型的通用裝置。已經結合具體示例描述了本發明，這些示例在所有方面都是說明性的而非限制性的。本領域技術人員將會理解，許多不同的組合將適用於實施本發明。
此外，考慮到本文揭示的本發明的說明書和實踐，本發明的其他實施方式對本領域技術人員而言是顯而易見的。值得注意的是，提供本文揭示的表述，作為揭示的示例中所示的圖案化層的具體幾何形狀的示例。所描述的實施例的各個方面和/或部件可以單獨使用或以任何組合使用。其目的在於，說明書和示例僅被認為是示例性的，本發明的真實範圍和精神由所附申請專利範圍指出。
100:樣本 101:基層 105:二氧化矽層 110:箱 115:SiO 2薄膜層 200:X射線系統 205:電腦 210:電子槍 215:陽極 220:單色儀 225:晶片 230:通量檢測器 240:XPS能量分析器 250:監視器 300:樣本 305:覆蓋層 310:箱 315:SiO 2薄膜層 400:樣本 405:覆蓋層 410:箱 415:薄膜層 500:樣本 505:覆蓋層材料 510:箱 515:薄膜層 600:過程 601、603、605、607:方框 700:樣本 705:覆蓋層 710:箱 715、725、735:薄膜層 t 1、t 2:厚度 800:樣本 805:SiO 2層 810:箱 815:薄膜層 1001、1003、1005:曲線圖 1100:樣本 1105:覆蓋層 1110:箱 1115:薄膜層 1200:過程 1201、1203、1205:方框 1300、1400、1500:方法 1310、1320、1330、1340、1410、1510、1520、1530、1540、1560、1570:步驟 1610:襯墊 1620:基板 1700:方法 1710、1720、1730、1740、1750、1760、1770:步驟 1801、1802、1803:線
根據參考以下圖式進行的詳細說明，本發明的其他方面和特徵將顯而易見。應當理解，詳細描述和圖式提供了由所附請求項限定的本發明的各種實施例的各種非限制性示例。
包含在本說明書中並構成其一部分的圖式舉例說明了本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋和說明本發明的原理。圖式旨在以圖解的方式說明示例性實施例的主要特徵。圖式不旨在描繪實際實施例的每個特徵，也不描繪所描繪的元件的相對尺寸，並且沒有按比例繪製。
圖1是示出根據一些實施例的測量的晶片樣本的部分截面。
圖1A是示出確定箱結構外部的薄膜堆疊的層厚度的示例的示意圖。
圖1B是示出確定箱結構內部的薄膜堆疊的層厚度的示例的示意圖。
圖2示出測量裝置的示例。
圖3A示出使用標稱光束1測量參考晶片樣本的示例。
圖3B示出使用具有較大斑點直徑的光束2測量參考晶片樣本的示例。
圖4A示出使用標稱光束1測量該測量晶片樣本的示例。
圖4B示出使用具有較大斑點直徑的光束2測量該測量晶片樣本的示例。
圖5示出使用標稱光束1測量該測量晶片樣本的示例。
圖6是示出根據一個實施例的方法的流程圖。
圖7是根據一個實施例的具有兩個薄膜層的箱的晶片樣本的局部截面圖。
圖8A示出使用X線掃描測量參考晶片樣本的示例。
圖8B示出使用Y線掃描測量參考晶片樣本的示例。
圖9示出X射線束的光束參數的模擬的示例。
圖10A示出類比和測量的混合分數與Y方向上的中心截面的示例。
圖10B示出類比和測量的混合分數與X方向上的中心交叉的示例。
圖10C示出混合分數與X線掃描的相對於箱中心的光束位置的示例。
圖11A示出使用X線掃描來測量該測量晶片樣本的示例。
圖11B示出使用Y線掃描來測量該測量晶片樣本的示例。
圖12是示出方法示例的流程圖。
圖13是示出方法示例的流程圖。
圖14是示出方法示例的流程圖。
圖15是示出方法示例的流程圖。
圖16是位於的基板上方的襯墊的示例圖。
圖17是示出方法示例的流程圖。
圖18為材料的厚度的模擬的示例圖。
600:過程
601:方框
603:方框
605:方框
607:方框

Claims (17)

  1. 一種特徵化樣本的第一薄膜層的系統，所述系統包括： 電子光學器件，被配置為： 用X射線斑點照射包括所述第一薄膜層和第一樣本子區域的第一樣本區域；其中，所述第一薄膜層由第一薄膜層材料製成並且位於由基板材料製成的基板的上方；並且 檢測從所述第一樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號；以及 處理器，被配置為： 基於所述檢測訊號來確定種類訊號，所述種類訊號包括（i）與從所述第一薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一薄膜層材料種類訊號、以及（ii）與從所述基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號；並且 基於（i）所述種類訊號、（ii）指示撞擊在所述第一薄膜層上的所述X射線斑點的分數的混合資訊、以及（iii）表示所述第一薄膜層材料對至少一個所述種類訊號的有效貢獻的第一薄膜層材料貢獻值，來確定所述第一薄膜層的測量值。
  2. 如請求項1所述的系統，其中，所述檢測訊號是X射線光電子能譜（XPS）檢測訊號。
  3. 如請求項1所述的系統，其中，所述檢測訊號是X射線光電子能譜（XPS）檢測訊號。
  4. 如請求項1所述的系統，其中，所述測量值是所述第一薄膜層的厚度。
  5. 如請求項4所述的系統，其中，所述處理器被配置為基於優值函數值來確定所述第一薄膜層的厚度，所述優值函數值是基於所述第一薄膜層的實際衰減與所述第一薄膜層的建模衰減之間的差而確定的。
  6. 如請求項4所述的系統，其中，所述處理器被配置為基於優值函數值來確定所述第一薄膜層的厚度，所述優值函數值是基於（i）所述第一薄膜層材料種類訊號、（ii）所述基板材料種類訊號、（iii）建模的第一薄膜層材料種類訊號、以及（iv）建模的基板材料種類訊號而確定的。
  7. 如請求項6所述的系統，其中，基於所述混合資訊、與所述第一薄膜層內生成的光電子相關的第一薄膜層衰減參數、所述第一薄膜層的厚度、以及所述第一薄膜層材料貢獻值，來計算所述建模的第一薄膜層材料種類訊號。
  8. 如請求項7所述的系統，其中，基於所述混合資訊、所述第一薄膜層的厚度、與所述基板內生成的光電子相關的所述第一薄膜層衰減參數、以及表示所述基板材料對至少一個所述種類訊號的有效貢獻的基板材料貢獻值，來計算所述基板材料種類訊號。
  9. 如請求項1所述的系統，其中，所述混合資訊指示與一個或多個薄膜層相關的光束強度分佈。
  10. 如請求項1所述的系統，其中，所述混合資訊包括一個或多個光束高斯參數。
  11. 如請求項1所述的系統，其中，所述第一薄膜層位於額外樣本子區域的上表面的上方。
  12. 如請求項1所述的系統，其中，所述第一薄膜層位於額外樣本子區域的上表面的下方。
  13. 如請求項1所述的系統，其中，所述第一樣本區域包括由第二薄膜層材料製成的第二薄膜層，並且所述第二薄膜層位於所述第一樣本子區域的外部； 其中，所述處理器還被配置為： 基於所述檢測訊號，確定與從所述第二薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第二薄膜層材料種類訊號； 基於（i）所述種類訊號 、（ii）所述混合資訊、以及（iii）表示所述第二薄膜層材料對至少一個所述種類訊號的有效貢獻的第二薄膜層材料貢獻值，來確定所述第二薄膜層的測量值。
  14. 根據請求項13所述的系統，其中，所述電子光學器件還被配置為： 用所述X射線斑點照射包括所述第二薄膜層和第二樣本子區域的第二樣本區域；並且 檢測從所述第二樣本區域發射的電子，以提供所述檢測訊號。
  15. 一種特徵化樣本的第一薄膜層的方法，所述方法包括以下步驟： 用X射線斑點照射包括第一薄膜層和第一樣本子區域的第一樣本區域；其中，所述第一薄膜層由第一薄膜層材料製成並且位於由基板材料製成的基板的上方； 檢測從所述第一樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號； 由處理器基於所述檢測訊號來確定種類訊號，所述種類訊號包括（i）與從所述第一薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一薄膜層材料種類訊號、以及（ii）與從所述基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號；以及 由所述處理器基於（i）所述種類訊號、（ii）指示撞擊在所述第一薄膜層上的所述X射線斑點的分數的混合資訊、以及（iii）表示所述第一薄膜層材料對至少一個所述種類訊號的有效貢獻的第一薄膜層材料貢獻值，來確定所述第一薄膜層的測量值。
  16. 一種特徵化樣本的第一薄膜層的非暫時性電腦可讀介質，所述非暫時性電腦可讀介質儲存指令，所述指令一旦被電腦化系統執行，就使所述電腦化系統執行以下步驟： 用X射線斑點照射包括第一薄膜層和第一樣本子區域的第一樣本區域；其中，所述第一薄膜層由第一薄膜層材料製成並且位於由基板材料製成的基板的上方； 檢測從所述第一樣本區域發射的電子，以提供檢測訊號； 由處理器基於所述檢測訊號來確定種類訊號，所述種類訊號包括（i）與從所述第一薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一薄膜層材料種類訊號、以及（ii）與從所述基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號；以及 由所述處理器基於（i）所述種類訊號、（ii）指示撞擊在所述第一薄膜層上的所述X射線斑點的分數的混合資訊、以及（iii）表示所述第一薄膜層材料對至少一個所述種類訊號的有效貢獻的第一薄膜層材料貢獻值，來確定所述第一薄膜層的測量值。
  17. 一種特徵化樣本的第一薄膜層的方法，所述方法包括以下步驟： 獲得檢測訊號，所述檢測訊號指示由於用X射線斑點照射第一樣本區域而從所述第一樣本區域發射的電子，其中，所述第一樣本區域包括第一薄膜層和第一樣本子區域；其中，所述第一薄膜層由第一薄膜層材料製成並且位於由基板材料製成的基板的上方； 由處理器基於所述檢測訊號來確定種類訊號，所述種類訊號包括（i）與從所述第一薄膜層材料發射的電子相對應的能帶中的第一薄膜層材料種類訊號、以及（ii）與從所述基板材料發射的電子相對應的能帶中的基板材料種類訊號；以及 由所述處理器基於（i）所述種類訊號、（ii）指示撞擊在所述第一薄膜層上的所述X射線斑點的分數的混合資訊、以及（iii）表示所述第一薄膜層材料對至少一個所述種類訊號的有效貢獻的第一薄膜層材料貢獻值，來確定所述第一薄膜層的測量值。
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